(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力を決定するための方法が提供される【解決手段】ウエハヘッドの上方に板３２を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、この板からは、ウエハヘッド１２及びその支持装置がぶら下がっている。板は、研磨パッドの中心とウエハヘッドの中心とを結ぶ線に垂直な方向に滑ることができる低摩擦運動手段によって、ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに接続される。研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサ３４がしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、板の前縁に接触するように、そして板の前縁からの力を決定するように配置され、こうして得られた信号は、せん断力を報告する。【選択図】図２
2010105143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力を決定するための方法であり、
前記決定は、前記ウエハヘッドの上方に板を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、前記板は、そこから前記ウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上に前記ウエハヘッド及びその支持装置が載っており、
前記板は、前記研磨パッドの中心と前記ウエハヘッドの中心とを結ぶ線に垂直な方向に滑ることができる低摩擦運動手段によって、前記ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに接続され、
前記研磨ツールの前記枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、前記ロードセルセンサは、前記研磨ツールが動作状態にあり尚且つ前記ウエハヘッドが前記研磨パッドに接触しているときに、前記板の前縁に接触するように、そして前記板の前記前縁からの力を決定するように配置され、そうして得られた信号は、せん断力を報告する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析してせん断力を報告するデータ処理手段に取り付けられる、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
下向きの力を決定するために、前記ＣＭＰ研磨ツールの前記研磨パッドのモジュールの底部に、その底部を支持するロードセルが取り付けられ、そうして得られる下向きの力及びせん断力は、前記ウエハヘッドと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を計算するために使用可能である、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
下向きの力を測定する前記ロードセルの数は、４である、方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の方法であって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析して総せん断力および該総せん断力のそれぞれの成分を報告するとともに前記ウエハと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を報告及び計算するデータ処理手段に取り付けられる、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記低摩擦運動手段は、レールである、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記低摩擦運動手段は、ブロックおよびピロースライダである、方法。
【請求項８】
研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定するための方法であって、
前記決定は、前記ウエハヘッドの上方に２枚の板を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、前記板は、そこから前記ウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上に前記ウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦運動手段によって、前記研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が前記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦運動手段によって、前記最初の板に接続され、
前記研磨ツールの前記枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、前記ロードセルセンサは、前記研磨ツールが動作状態にあり尚且つ前記ウエハヘッドが前記研磨パッドに接触しているときに、前記板のそれぞれの前縁に接触するよ
うに、そして前記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、前記ロードセルからの信号は、せん断力の垂直成分を報告する、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析して総せん断力のそれぞれの垂直成分を報告するデータ処理手段に取り付けられる、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
下向きの力を決定するために、前記ＣＭＰ研磨ツールの前記研磨パッドのモジュールの底部に、その底部を支持するロードセルが取り付けられ、そうして得られる下向きの力及びせん断力は、前記ウエハヘッドと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を計算するために使用可能である、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
下向きの力を測定する前記ロードセルの数は、４である、方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の方法であって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析して総せん断力および該総せん断力のそれぞれの成分を報告するとともに前記ウエハと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を報告及び計算するデータ処理手段に取り付けられる、方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、
前記低摩擦運動手段は、レールである、方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法であって、
前記低摩擦運動手段は、ブロックおよびピロースライダである、方法。
【請求項１５】
ウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力を決定及び報告するＣＭＰ研磨ツールであって、
前記決定は、前記ウエハヘッドの上方に配置された板によって達成され、前記板は、そこから前記ウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上に前記ウエハヘッド及びその支持装置が載っており、前記板は、前記研磨パッドの中心と前記ウエハヘッドの中心とを結ぶ線に垂直な方向に滑ることができる低摩擦運動手段によって、前記ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに接続され、
前記研磨ツールの前記枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、前記ロードセルセンサは、前記研磨ツールが動作状態にあり尚且つ前記ウエハヘッドが前記研磨パッドに接触しているときに、前記板の前縁に接触するように、そして前記板の前記前縁からの力を決定するように配置され、そうして得られた信号は、せん断力を報告する、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析してせん断力を報告するデータ処理手段に取り付けられる、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項１７】
請求項１５に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
下向きの力を決定するために、前記ＣＭＰ研磨ツールの前記研磨パッドのモジュールの底部に、その底部を支持するロードセルが取り付けられ、そうして得られる下向きの力及びせん断力は、前記ウエハヘッドと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を計算するために使用可能である、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
下向きの力を測定する前記ロードセルの数は、４である、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析して総せん断力および該総せん断力のそれぞれの成分を報告するとともに前記ウエハと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を報告及び計算するデータ処理手段に取り付けられる、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２０】
請求項１５に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記低摩擦運動手段は、レールである、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２１】
請求項１５に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記低摩擦運動手段は、ブロックおよびピロースライダである、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２２】
研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定及び報告するＣＭＰ研磨ツールであって、
前記決定は、前記ウエハヘッドの上方に配置された２枚の板によって達成され、前記板は、そこから前記ウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上に前記ウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦運動手段によって、前記研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が前記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦運動手段によって、前記最初の板に接続され、
前記研磨ツールの前記枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、前記ロードセルセンサは、前記研磨ツールが動作状態にあり尚且つ前記ウエハヘッドが前記研磨パッドに接触しているときに、前記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして前記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、前記垂直力成分を信号として報告する、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２３】
請求項２２に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析して総せん断力のそれぞれの垂直成分を報告するデータ処理手段に取り付けられる、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２４】
請求項２２に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
下向きの力を決定するために、前記ＣＭＰ研磨ツールの前記研磨パッドのモジュールの底部に、その底部を支持するロードセルが取り付けられ、そうして得られる下向きの力及びせん断力は、前記ウエハヘッドと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を計算するために使用可能である、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２５】
請求項２４に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
下向きの力を測定する前記ロードセルの数は、４である、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２６】
請求項２４又は２５に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記ロードセルは、データを受信及び解析して総せん断力および該総せん断力のそれぞれの成分を報告するとともに前記２つの垂直成分のベクトル和及び前記ウエハと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を報告及び計算するデータ処理手段に取り付けられる、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２７】
請求項２２に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記低摩擦運動手段は、レールである、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２８】
請求項２２に記載のＣＭＰ研磨ツールであって、
前記低摩擦運動手段は、ブロックおよびピロースライダである、ＣＭＰ研磨ツール。
【請求項２９】
研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定するための方法であって、
前記決定は、前記ウエハヘッドの上方に２枚の板を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、前記板は、そこから前記ウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上に前記ウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦レールによって、前記研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が前記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦レールによって、前記最初の板に接続され、
前記研磨ツールの前記枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、前記ロードセルセンサは、前記研磨ツールが動作状態にあり尚且つ前記ウエハヘッドが前記研磨パッドに接触しているときに、前記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして前記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、前記ロードセルからの信号は、せん断力の成分を報告し、
下向きの力を決定するために、前記ＣＭＰ研磨ツールの前記研磨パッドのモジュールの底部に、その底部を支持する４つのロードセルが取り付けられ、これは、前記ＣＭＰ研磨ツールの底部にある前記ロードセルから信号を生成し、下向きの力及び垂直せん断力の信号が報告され、前記ロードセルからの信号は、データを受信及び解析して総せん断力および該総せん断力のそれぞれの成分を報告するとともに前記ウエハと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を計算及び報告するデータ処理手段に送られる、方法。
【請求項３０】
研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定するＣＭＰ研磨ツールであって、
前記決定は、前記ウエハヘッドの上方に配置された２枚の板によって達成され、前記板は、そこから前記ウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上に前記ウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦レールによって、前記研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が前記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦レールによって、前記最初の板に接続され、
前記研磨ツールの前記枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、前記ロードセルセンサは、前記研磨ツールが動作状態にあり尚且つ前記ウエハヘッドが前記研磨パッドに接触しているときに、前記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして前記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、前記ロードセルの信号は、せん断力の成分を報告し、
下向きの力を決定するために、前記ＣＭＰ研磨ツールの前記研磨パッドのモジュールの底部に、その底部を支持する４つのロードセルが取り付けられ、これは、前記ＣＭＰ研磨ツールの底部にある前記ロードセルから信号を生成し、下向きの力及び垂直せん断力の信号が報告され、前記ロードセルからの信号は、データを受信及び解析して総せん断力および該総せん断力のそれぞれの成分を報告するとともに前記ウエハと前記研磨パッドとの間の摩擦係数を計算及び報告するデータ処理手段に送られる、ＣＭＰ研磨ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）においてウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力を決定するため、そしてそれをもとにウエハと研磨パッドとの間の摩擦係数（ＣＯＦ）を計算するための、方法並びに装置に関するものである。
【０００２】
＜発明の背景＞
本発明は、ウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力を決定するための方法及びＣＭＰツールであり、上記決定は、ウエハヘッドの上方に板を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、板は、そこからウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上にウエハヘッド及びその支持装置が載っており、上記板は、研磨パッドの中心とウエハヘッドの中心とを結ぶ線に垂直な方向に滑ることができる低摩擦運動手段によって、上記ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに接続され、研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、上記板の前縁に接触するように、そして上記板の前縁からの力を決定するように配置され、そうして得られた信号は、せん断力を報告する。
【０００３】
本発明は、また、研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定する方法及びＣＭＰ研磨機でもあり、上記決定は、ウエハヘッドの上方に２枚の板を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、板は、そこからウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上にウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦運動手段によって、研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が上記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦運動手段によって、上記最初の板に接続され、研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、上記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして上記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、上記信号のベクトル和は、せん断力を報告する。
【０００４】
本発明は、更に、研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定する方法及びＣＭＰ研磨ツールであり、上記決定は、ウエハヘッドの上方に２枚の板を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、板は、そこからウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上にウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦運動手段によって、研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が上記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦運動手段によって、上記最初の板に接続され、研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、上記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして上記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、上記信号のベクトル和は、せん断力を報告する。本発明は、更に、研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定するための機器であり、上記決定は、ウエハヘッドの上方に配置された２枚の板によって達成され、板は、そこからウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上にウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦運動手段によって、研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が上記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦運動手段によって、上記最初の板に接続
され、研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、上記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして上記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、上記信号のベクトル和は、せん断力を報告する。
【０００５】
近年では、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）研磨ツール、ウエハヘッド、研磨パッド、及びダイヤモンドコンディショナディスクが、ＣＭＰプロセスを実行するために使用される機器の、鍵となる要素を構成している。これらの様々な機器要素は、幾つかの供給メーカによって、確かな品質及び有効性の基準に適うように製造され、市販されてきた。スラリの機能は、ウエハの表面に機械的磨耗粒子及び化学的成分を継続的に送ること、そして研磨表面から反応生成物及びウエハデブリ（破片）を除去する手段を提供することである。研磨パッドの機能は、研磨時に、スラリと協力してウエハの表面を磨くことである。研磨パッドは、通常は、ポリウレタン又は類似の特性の物質で作成され、その表面は、ウエハのための研磨表面としてのその有効性を高めるために粗面化される。パッドは、スラリ保持及び促進の両方のために上向きに配置され、下側から回転される。研磨パッドの表面は、研磨時にウエハヘッド下におけるスラリの分散を助ける働きと、パッドの回転とともに遠心力によってパッドから一掃されるのが通常である使用済みのスラリ及びウエハの残骸を効果的に除去する働きとを担う、長い溝を備えているのが通例である。パッドは、通常約２０〜１００ＲＰＭの速度で回転する。
【０００６】
ダイヤモンドコンディショナディスクは、研磨パッドの継続的で尚且つ一貫した粗面化という目的に適うものであり、ダイヤモンドを持つ面を下向きに研磨パッドに押し付けられるように、研磨ツールのアーム、ブリッジ、プラットフォーム、又は類似の構造から吊るされる。コンディショナディスク表面上のダイヤモンドは、ＣＭＰ動作時にパッドをカットして粗面化する。これが必要とされるのは、ウエハ及びパッドに対するスラリの作用がパッドを急速に滑らかにし、もし粗面化がなされないと、パッドが研磨時におけるその有効性及びウエハ表面の除去速度を大幅に失うからである。ダイヤモンドコンディショナディスクは、荷重を受けた状態で研磨パッド上に座しており、研磨パッド上における粗面化の一様な分布を保証するために、回転されるとともにパッドの中心との間を行き来される。ウエハヘッドは、ウエハと、研磨ツールの支持アーム、ブリッジ、プラットフォーム、又は類似の構造からぶら下げられた、ウエハを支持し及び回転させるための装置とからなり、ウエハを回転させつつ同ウエハを研磨パッドの面に対して下向きに保持する。
【０００７】
研磨されるウエハのタイプと、オペレータの特定の目的とに応じて、様々な荷重、それぞれの回転速度、そしてダイヤモンドコンディショナディスクの場合は研磨パッド表面を横切る様々な運動が採用される。同様に、様々な結果を得るために、スラリのタイプ、量、及び濃度も変更されてよい。全てのオペレータにとっての大きな関心事は、ＣＭＰ研磨装置の各種の要素がウエハの表面材料を除去する速度にある。もちろん、これには多くの理由がある。１つは、診断上の理由である。遅すぎる又は速すぎる除去速度は、上述されたいずれか要素の不具合又は不適切な選択若しくは設定を意味するであろう。しかしながら、ＣＭＰ研磨機の動作時（通常は１回のウエハ動作時間ごとに約１分を必要とする）は、ウエハ表面のカット速度の決定を観測することが困難である。２つの表面システムの摩擦係数は、表面と表面との相互作用で非柔軟性材料が除去される速度に対して概ね比例関係にあることが、長きにわたって理解されている。摩擦係数から速度を直接決定することはできないが、もし特定のシステムにおいて、特定の除去速度が特定の摩擦係数に対して一貫した関連を有しているならば、摩擦係数の値及びその時間変換が、システムのパフォーマンスはもちろんその他の効果についても診断的であることが可能である。
【０００８】
摩擦係数は、せん断力（とある表面が別の表面に対して運動する方向の力）を下向きの
力（押し下げる鉛直な力）で割ることによって計算される。
ＣＯＦ＝Ｆｓ／Ｆｄ
ここで、Ｆｓはせん断力、Ｆｄは下向きの力である。
【０００９】
せん断力は、ＣＭＰの目的では水平であることが好ましいが、そうであることが必須ではない。ＣＭＰシステムでは、２つの主要なせん断力、すなわちウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力と、ダイヤモンドコンディショナディスクと研磨パッドとの間のせん断力との２つがある。ウエハヘッド又はダイヤモンドコンディショナディスクについてのせん断力は、その回転軸の軸受けケーシングに接触するロードセルを使用して測定することができ、上記ロードセルは、研磨パッドの中心からウエハヘッド又はダイヤモンドコンディショナディスクの中心を通る線が研磨パッドの縁と交わる地点において、研磨パッドの回転方向と反対を向いている。せん断力の測定は、もちろん、研磨パッド上で行うことが可能であるが、ウエハヘッド及びダイヤモンドコンディショナディスクからのせん断力の未分解成分で構成されるゆえに、力の方向を識別する必要があると考えられる。
【００１０】
＜先行技術＞
先行技術の方法は、せん断力を決定するためのロードセルを、ＣＭＰ研磨ツール内において研磨パッドのモジュールの下に配置していた。或いは、先行技術の方法は、限られているゆえに、ウエハヘッドを回すための軸の軸受けにかかる力に基づいて、安定してせん断力の方向を決定することができなかった。これは、力成分の大きさの最終数値に数々のその他の成分を含ませるとともに、一般に、せん断力及びＣＯＦの一貫した分析及び報告の正確さを、場合によっては望ましくないレベルまで低下させ、困難をもたらしていた。
【００１１】
＜本発明がどのようにして先行技術の課題を克服したかについて＞
本発明は、研磨パッドの中心とウエハヘッドの中心とを結ぶ線に垂直な方向に滑ることができるとともにその前縁をロードセルに接続された１枚の板を含む、高感度で尚且つ効率的な構造によって、先行技術の問題を克服する。本発明の更なる実施形態は、いずれもその前縁をロードセルに取り付けられた、ツールに取り付けられた滑り手段上の１枚目の板と、該１枚目の板の滑り手段に対して垂直に向けられた滑り手段上の２枚目の板とによって、先行技術の問題を克服する。本発明は、その全ての実施形態において、せん断力を測定可能成分に分解することを可能にする。また、本発明は、ウエハヘッド及びその回転および支持装置を板から吊るすことによって、ヘッドに実際に作用する力以外のものがせん断力の決定に及ぼす影響を大幅に制限又は排除する。最後に、２枚の板を用いる本発明の実施形態は、ヘッドの軸の軸受けにかかる全ての力を垂直成分に分解することによって、その厳密な向きに関係なくせん断力を簡単に尚且つ正確に取得することを可能にする。
【００１２】
＜発明の概要＞
本発明は、研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力を決定する方法、及び具体的にはＣＭＰ研磨ツールである機器であり、上記決定は、ウエハヘッドの上方に板を配置されたＣＭＰ研磨ツールによって達成され、板は、そこからウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上にウエハヘッド及びその支持装置が載っており、上記板は、研磨パッドの中心とウエハヘッドの中心とを結ぶ線に垂直な方向に滑ることができる低摩擦運動手段によって、上記ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに接続され、研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、上記板の前縁に接触するように、そして上記板の前縁からの力を決定するように配置され、そうして得られた信号は、せん断力を報告する。
【００１３】
本発明は、また、ウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定するための方法及びＣＭＰ研磨ツールでもあり、上記決定は、ウエハヘッドの上方に配
置された２枚の板によって達成され、板は、そこからウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上にウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦運動手段によって、研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が上記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦運動手段によって、上記最初の板に接続され、研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、上記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして上記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、上記信号は、せん断力の垂直成分を報告する。
【００１４】
本発明は、また、より詳細には、研磨ツールにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の２つの垂直力成分を決定する方法及びＣＭＰ研磨ツールであり、上記決定は、ウエハヘッドの上方に配置された２枚の板によって達成され、板は、そこからウエハヘッド及びその支持装置がぶら下がっているか、又はその上にウエハヘッド及びその支持装置が載っており、一方の板は、低摩擦レールによって、研磨ツールの枠組みに接続され、もう一方の板は、該もう一方の板が上記最初の板の運動に垂直な方向に滑ることを可能する低摩擦レールによって、上記最初の板に接続され、研磨ツールの枠組み又はその他の非可動構造には、ロードセルセンサがしっかり固定され、該ロードセルセンサは、研磨ツールが動作状態にあり尚且つウエハヘッドが研磨パッドに接触しているときに、上記板のそれぞれの前縁に接触するように、そして上記板のそれぞれの前縁からの力を決定するように配置され、上記ロードセルの信号は、せん断力の成分を報告し、下向きの力を決定するために、ＣＭＰ研磨ツールの研磨パッドのモジュールの底部に、その底部を支持する４つのロードセルが取り付けられ、これは、ＣＭＰ研磨ツールの底部にあるロードセルから信号を生成し、下向きの力及び垂直せん断力の信号が報告され、ロードセルからの信号は、データを受信及び解析して総せん断力及びそのそれぞれの成分を報告するとともにウエハと研磨パッドとの間の摩擦係数を計算及び報告するデータ処理手段に送られる。
【００１５】
本発明の方法及びＣＭＰ研磨ツールは、ウエハヘッドと研磨パッドとの間のＣＯＦを計算することを目的として、ウエハヘッドにかかる荷重を決定して下向きの力の決定を可能にするためのロードセルをＣＭＰ研磨ツールの底部に追加することによって、補完することができる。本発明の、もう１つのとりわけ魅力的な特徴は、様々なロードセルからの信号をデータ処理ユニットへ中継することの適切性にある。データ処理ユニットでは、データ処理目的で設計されたソフトウェアによって、せん断力及び下向きの力のデータ成分の数値又はグラフ値、並びにこれらの値の経時的変化を報告し、ＣＯＦ及びその他の関連の統計的量をリアルタイムで計算することができる。更には、これらのデータ又は算出された数値の任意の変化に応じてウエハヘッド又は研磨ホイールの荷重又は回転速度を調整するために、フィードバックループを提供することも可能である。
【００１６】
本発明のＣＭＰ研磨ツールは、当該技術分野の現状に応えて開発されたものであり、特に、現在利用可能なＣＭＰせん断力決定方法、ＣＯＦ計算方法、及びＣＭＰ研磨ツールによってまだ完全には解決されていない当該技術分野における問題及び必要性に応えて開発されたものである。したがって、本発明の全体的な目標は、先行技術の欠点を是正する改良されたＣＭＰ研磨ツール及びこれらのツールの使用方法を提供することにある。これらのＣＭＰツール及びこれらのツールの使用方法の目的は、ＣＭＰにおける、せん断力の決定及び報告とＣＯＦの計算とを、より効果的なものにすることにある。
【００１７】
研磨パッド、ウエハ、ＣＭＰ研磨ツールのメーカ及びユーザは、ウエハヘッドと研磨パッドとの境界のせん断力及びＣＯＦの値をリアルタイムで知る必要があるうえに、これらの値の経時的な変化を観察できる必要がある。これは、メーカが、ウエハ、研磨パッド、及びＣＭＰ研磨ツールの特性を改善するとともに欠陥を発見及び克服することを可能し、
そうすることによって、ユーザは、所定タイプのウエハ、研磨パッド、又はＣＭＰ研磨ツールの使用を最適化することが可能になる。
【００１８】
以下は、本発明を説明する図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＣＭＰ研磨ツール及びＣＭＰ基本要素の俯瞰図である。
【図２】ＣＭＰ研磨ツール及びＣＭＰ基本要素の側面図である。
【図３】１枚の板を用いる本発明の実施形態の側面描写である。
【図４】２枚の板を用いる本発明の実施形態の側面描写である。
【００２０】
＜本発明の詳細な説明＞
以上の目標を達成するために、そして２つの実施形態として本明細書において実施及び概述されている発明にしたがって、ＣＭＰにおいてせん断力を決定するための方法及びＣＭＰ研磨ツールが提供される。
【００２１】
本発明の方法の適用及び本発明のＣＭＰ研磨ツールの使用を通じて、ＣＭＰにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の決定を、最小限の誤差導入効果で迅速に行うことが可能である。更に、本発明は、ＣＭＰ研磨ツール及び該ツールに使用される要素を促進及び強化するために、容易に且つ費用効果的に適用することが可能である。本発明のこれらの及びその他の特徴は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲から、より完全に明らかになる、或いは後述される発明の実施から学ぶことが可能である。
【００２２】
以下において、本発明のパーツの全ての寸法は、直径約２０〜３０インチ（約５０．８〜７６．２ｃｍ）のパッドサイズと直径８〜１２インチ（約２０．３〜３０．５ｃｍ）のウエハサイズとに基づいており、使用される研磨パッド及びウエハのサイズの変化に合わせて必要に応じて変更することが可能である。本明細書において与えられる特定の寸法は、決して限定的なものではなく、本発明の効果的な実施形態を実証するための例示的なものである。
【００２３】
本発明は、ＣＭＰ研磨ツールを使用して行われるせん断力決定方法、及びその方法を実行するように改良された標準的なＣＭＰ研磨ツールの両方である。本発明のＣＭＰ研磨ツール（１０）は、今日使用されている任意のＣＭＰ研磨ツールであってよいが、回転式タイプのツールが好ましい。本発明のＣＭＰ研磨ツールは、ウエハヘッド（１２）及びその支持および回転装置（１４）と、ダイヤモンドコンディショナディスク（１６）及びその支持、回転および振動装置（１８）と、研磨パッド（２０）、そのプラテン（２２）、支持および回転装置（２４）であって、その研磨パッドのモジュールはＣＭＰ研磨ツール（２５）の枠組み内にある、研磨パッド（２０）、そのプラテン（２２）、支持および回転装置（２４）と、水およびスラリソース（２６）と、ウエハヘッド支持および回転装置（１４）が上に載っていてよく、場合によってはダイヤモンドコンディショナディスク支持、回転および振動装置（１８）も上に載っていてよいブリッジ又はプラットフォーム構造（２８）と、を有する。
【００２４】
本発明のウエハヘッド（１２）は、ＣＭＰウエハ（３０）を保持することができる任意のウエハヘッドであってよい。ウエハ（３０）は、制限なしに、任意の半導体ウエハであってよく、二酸化シリコンで覆われたウエハ、銅で覆われたウエハ、タングステンで覆われたウエハ、及びその他の任意の金属又は誘電体で覆われたウエハであってよい。本発明のウエハ（３０）のサイズは、特に制限されないが、直径約８〜１２インチ（約２０．３〜３０．５ｃｍ）のウエハが好ましい。本発明のウエハ（３０）の回転速度は、特に制限されないが、２０〜１００ＲＰＭの回転速度が好ましい。
【００２５】
本発明の研磨パッド（２０）としては、ＣＭＰ研磨に使用される任意の研磨パッドが使用されてよい。研磨パッド（２０）は、適切な硬さの任意の材料で作成されてよく、ポリウレタンで作成されたパッドが好ましい。研磨パッドの直径は、特に制限されないが、直径約２０〜３２インチ（約５０．８〜８１．３ｃｍ）の研磨パッドが好ましい。研磨パッド（２０）の回転速度は、特に制限されないが、２０〜１００ＲＰＭの速度が好ましい。研磨パッド（２０）は、平坦であるか、又はスラリを導くための同心放射状の溝を彫り込まれるかしてよい。本発明の研磨パッド（２０）は、固定式又は取り外し式のいずれかであってよいプラテン（２２）の上に載っている。プラテンは、ＣＭＰ研磨ツール（１０）によく使用される任意のプラテンであるか、又はそこでの使用のために設計されるかしてよい。
【００２６】
本発明のダイヤモンドコンディショナディスク（１６）は、特に制限されず、ＣＭＰ研磨に現在使用されている任意の市販の又は開発上のダイヤモンドコンディショナディスクが使用されてよい。ダイヤモンドコンディショナディスク（１６）の直径は、特に制限されないが、直径４インチ（約１０．２ｃｍ）のダイヤモンドコンディショナディスクが使用されてよい。ダイヤモンドコンディショナディスク（１６）の回転速度は、特に制限されないが、３０〜１０５ＲＰＭの速度が好ましい。研磨パッド（２０）の中心と縁との間におけるダイヤモンドコンディショナディスク（１６）の振動速度は、特に制限されないが、５〜２０振動／分の速度が好ましい。ダイヤモンドコンディショナディスク（１６）にかかる荷重は、特に制限されないが、０〜１１ポンド（約０〜４．９９ｋｇ）の荷重が好ましい。本発明のダイヤモンドコンディショナディスク支持、回転および振動装置（１８）は、制限なしに、使用されるＣＭＰ研磨ツール（１０）への使用に適した任意の支持、回転および振動装置であってよい。
【００２７】
本発明のスラリ（２６）としては、制限なしに、任意の市販のスラリ又はＣＭＰプロセス用に開発されたスラリが使用されてよく、より詳細には、シリカ粒子、アルミナ粒子、及びセリア粒子に基づくスラリが好ましいものとして使用されてよい。スラリ（２６）を導入する手段としては、スラリを研磨パッド（２０）表面に導入する任意の適切な手段が制限なしに使用されてよく、スラリ及び洗浄水のいずれに対しても、Tygon（登録商標）チューブが制限なしに挙げられる。
【００２８】
本発明の板としては、本発明のウエハヘッドの支持および回転装置（１４）及びウエハ（３０）及びウエハヘッド（３６）の重さを支持可能であるとともに指示された方向に自由に移動することもできる任意の板が使用されてよいが、金属板が好ましく、鋼板が更に好ましい。本発明の特異な点は、この板又はこれらの板が、ウエハ（３０）、ウエハヘッド（１２）、及びウエハヘッド支持および回転装置（１４）のみを支持し、先行技術の方法及び機器の場合と異なり、ダイヤモンドコンディショナディスク（１６）及びその回転および振動装置（１８）などせん断力の副次的成分を導入可能な追加の構造を支持しないことにある。本発明の板の厚さに関しては、特に制限はないが、板が巨大になりすぎて容易に扱えなくなるほどには厚くない、又は板が載せている重さ若しくは板が支えている力によって変形されるほどには薄くないことが望ましい。８分の１〜２分の１インチ（約０．３２〜１．２７ｃｍ）の厚さが好ましく、４分の１インチ（約０．６４ｃｍ）の鋼板が更に好ましい。板の横寸法は、特に制限されないが、本発明のウエハヘッド支持および回転装置（１４）を支持するのに十分な大きさで、尚且つＣＭＰ研磨ツール（１０）の働き又は同ツールのその他の作業パーツへのアクセスを妨害しない程度に小さいことが望ましい。幅が８〜１６インチ（約２０．３〜４０．６ｃｍ）で長さが８インチから２フィート（約２０．３〜６１．０ｃｍ）の寸法が好ましい。
【００２９】
本発明の板の場所は、ウエハヘッドの上方であるが、それ以外は特に制限されない。板
は、ＣＭＰ研磨ツールの構造に取り付けられたブリッジ構造、プラットフォーム構造、若しくはその他の支持構造、又はその他の何らかの非可動構造の上に載っているか、或いはそこからぶら下がっているかしてよい。しかしながら、板は、ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに取り付けられた構造に取り付けられることが好ましく、本発明のブリッジ構造又はプラットフォーム構造（２８）の上に取り付けられることが更に好ましい。板を取り付ける向きは、特に制限されないが、同高の水平取り付けが好ましい。
【００３０】
１枚の板を用いる本発明の実施形態では、１枚の板（３２）の運動が可能な板の方向、したがってその板の向きは、ウエハヘッド（１４）の中心下における研磨パッド（２０）の運動方向に対して平行である。別の言い方をすると、板（３２）が自由に運動する方向は、ウエハヘッド（１２）の中心と研磨パッド（２０）の中心とを結ぶ線に垂直である。もし適度な精度を得られない場合は、ウエハヘッド（３０）と研磨パッド（２０）との間のせん断力の正確な読み取りは、いかなる正確さでもってしても、直接測定することが不可能である。なぜなら、せん断力の主要成分は、板（３２）が自由に動けない方向であり、板（３２）に接触するロードセルセンサ（３４）によって測定されないからである。この実施形態の利点は、しかしながら、用意及び実行が大幅に簡単なことであり、もし板の方向が正確に決定され、ウエハヘッド（１２）の上方にセットされれば、事実上、せん断力の全体の大きさの大部分が表される。
【００３１】
２枚の板を用いる本発明の実施形態において、それぞれの板が自由に動く方向は、板が互いに対して垂直な向きである限り、理論的には、ウエハパッド（１２）の中心下の地点における研磨パッド（２０）の前進運動の何らかの成分に両方の板が一致しているような任意の方向であってよい。これは、力を表現されている同一面内の２つの垂直成分が既知であれば、必ず、その力の大きさ及び方向の両方を決定することが可能であるからである。本発明のこの実施形態の利点は、板の方向がウエハヘッド（１２）の中心地点下における研磨パッド（２０）の運動の方向に関係しているかどうかにかかわらず、ウエハ（３０）と研磨パッド（２０）との間のせん断力の全体の大きさを必ず提供できることにある。しかしながら、１枚の板が自由に運動する方向がウエハヘッド（１２）中心から研磨パッド（２０）中心への線に垂直であるような配置が好ましい。
【００３２】
本発明のウエハヘッド支持装置は、特に制限されないが、ウエハヘッド（１２）を回転させる軸（３８）を回すためのモータ（３６）と、ウエハヘッド（１２）の軸（３８）に力を伝えるための歯車及び軸（不図示）並びにそれらの軸受け（不図示）及び軸受けケーシング（４０）と、任意の電力ケーブル又は信号ケーブル（４２）と、それらに取り付けられた制御ユニット（不図示）とを含むものとする。ウエハヘッド支持および回転装置（１４）を留め付ける手段は、特に制限されないが、この種の機器を留め付けるために使用される任意の適切な手段であってよく、しかしながら、１枚の板を用いる実施形態では１枚の板（３２）に、又は２枚の板を用いる実施形態ではＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組みから最も外側の板（４４）に、ボルトで機器を留め付けることが好ましい。
【００３３】
本発明のＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）に本発明の板を留め付ける手段は、特に制限されない。しかしながら、これらの板は、本発明のＣＭＰ研磨ツールの枠組み（１０）に、直接的に又は間接的に留め付けられてよい。直接的に、とは、ボルトで留め付ける、溶接する、又はＣＭＰ研磨ツールの枠組み（１１）の表面に組み込むなどの任意の適切な手段によって、本発明の低摩擦運動手段（４８）を本発明のＣＭＰ研磨ツールの構造に直接取り付けることを意味しており、１枚の板を用いる実施形態の場合は１枚の板（３２）が、２枚の板を用いる実施形態の場合はＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）に最も近い板（４６）が、本発明の低摩擦運動手段（４８）の上に載っている、乗りかかっている、又は場合によってはぶら下がっている。間接的に、とは、１枚の板を用いる実施形態の場合は１枚の板（３２）のための、又は２枚の板を用いる実施形態の場合は
ＣＭＰ研磨ツールの枠組み（１１）に最も近い板（４６）のための、本発明の上記低摩擦運動手段（４８）が、ＣＭＰ研磨ツールの構造に直接的に装着されるのではなく、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）に取り付けられた別の板又は機器（５０）に装着されることを意味する。装着方法は、特に制限されないが、ボルトで留め付ける、クランプで締め付ける、溶接するなどを制限なしに含んでよく、クランプによる締め付けは、板の方向調整を後ほど容易に行うことを可能にするが、ボルトによる留め付けの方が、後ほど調整できる可能性を幾らか残しつつより強固であるゆえに好ましい。もちろん、ＣＭＰツール（１０）の製造では、低摩擦運動手段（４８）を保持する板又は機器を、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）自体に組み込んでよいと考えられる。
【００３４】
ＣＭＰ研磨構造に取り付けられた板又は機器（５０）に低摩擦運動手段（４８）を締め付け又は装着する方式は、制限されず、用いられる低摩擦運動手段のタイプを考慮した任意の適切な手段であってよく、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）への低摩擦運動手段（４８）の取り付けに使用された方法を含む。
【００３５】
本発明の低摩擦運動手段（４８）、及びもし該当する場合はＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）に取り付けられた板又は機器（５０）は、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）に対して感知できるほどの運動がないように、或いはもし板又は機器（５０）が使用される場合は低摩擦運動手段（４８）とその板又は機器（５０）との間にも感知できるほどの運動がないように、しっかり取り付ける必要がある。
【００３６】
ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）は、別段の定めがない限り、そして、より具体的に本明細書に記載されない限り、金属及びその他の構造材料から得られるＣＭＰ研磨ツール（１０）の主要外側カバーと、該金属カバーとの間に事実上いかなる運動又は滑動もないように上記カバーに永久的に又は構造的に取り付けられた何かとを合わせたものとする。
【００３７】
２枚の板を用いる本発明の実施形態では、２枚の板を接続する低摩擦運動手段（４８）は、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）に最も近い板（４６）をＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）から最も外側の板（４４）に接続する手段であるとされ、これらの低摩擦運動手段（４８）に、特に制限されない。しかしながら、それぞれの場合の低摩擦運動手段（４８）は、該手段に支持されている板を、それらの板が乗りかかっているにせよぶら下がっているにせよ配置及び位置決めするのに適したものであることが望ましく、それらの板及び板が支持するものの荷重を、それらに沿った運動によって生成される摩擦に対して感知できるほどの影響を及ぼすことなく支えるのに十分な強さであることが望ましい。本発明の低摩擦運動手段（４８）は、直線状であることが望ましく、好ましくは、その取り付け先である板の全長にわたって及ぶ又はその板の長さを内包することが望ましい。ブロックおよびピロー取り付け又は低摩擦レールシステムが好ましく、ウエハヘッド支持および回転装置（１４）が１枚の板（３２）の上に又は場合によってはＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）から最も外側の板（４４）の上に載っているような低摩擦レールシステムが、更に好ましい。
【００３８】
本発明において使用される低摩擦運動手段（４８）は、特に制限されないが、このような運動手段は、板の運動に応答して２０ｌｂｆ（約８９．０Ｎ）以下、より好ましくは１０ｌｂｆ（約４４．５Ｎ）以下の総摩擦力を生成するような手段であることが好ましい。
【００３９】
板に接触する本発明のロードセルセンサ（３４）は、せん断力を測定するのに適切な能力を有した本発明の任意のロードセルセンサであってよく、好ましくは、０〜２２５ｌｂｆ（約０〜１００１Ｎ）の力が使用される。
【００４０】
板に接触する本発明のロードセルセンサ（３４）は、板の前縁に沿った任意の地点に位置決めされてよい。どの前縁にも２つ以上のロードセルセンサが使用されてよいが、前縁ごとに１つのロードセルセンサが好ましい。ロードセルセンサは、ＣＭＰ研磨機（１０）の枠組み（１１）に組み込まれた又はその一部である突起、取り付け具、又はその他の構造（５２）に装着されるものとする。オペレータは、板ロードセルセンサ（３４）のための支持構造（５２）が存在すること又はそれが容易に追加可能であることを保証するために、注意深く板を設置することが望ましい。
【００４１】
板に接触する本発明のロードセルセンサ（３４）は、電気配線（５４）、又は無線通信などのその他の伝送手段によって、データ読み出し手段（不図示）又はデータ処理手段（不図示）に取り付けられてよいが、電気配線が好ましく、データ処理手段への接続が好ましい。
【００４２】
本発明のデータ処理手段は、特に制限されず、更なる計算において、そして研磨ホイール又はウエハヘッドの回転速度の調整などのフィードバック用途においてロードセルセンサからのデータを受信、解析、格納、報告、及び使用するのに適した任意のデータ処理手段であってよい。
【００４３】
本発明のデータは、ロードセルからの電子信号データであり、本発明の板の前縁がロードセルに対して及ぼす力の量を表している。また、本発明のデータは、ＣＭＰ研磨ツールの下に配置されたロードセルセンサ（５６）からの電子信号を含んでよく、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の動作時におけるその荷重の変化は、ウエハヘッド（３０）と研磨パッド（２０）との間の摩擦係数の計算に使用されえるｚ方向のすなわち下向きの力を表す。
【００４４】
本発明の報告は、特に制限されず、制限なしに、ロードセルからの生データ、又はせん断力、下向きの力、これらの値の経時的変化、及び算出されたＣＯＦ値若しくはこれらの任意の値の数学的なとりわけ統計的な分析値を示すデータ処理手段からの処理済みデータの、任意の報告であってよい。報告は、ダイヤル上又はスクリーン上に数値的に又は図示的に表示されてよく、適用可能な任意のストレージ媒体又は出力媒体を使用して格納又は出力されてよい。
【００４５】
また、下向きの力すなわちｚ方向の力に関する情報を得るために、ＣＭＰ研磨ツールの枠組み（１１）内の研磨パッドのモジュール（２５）の底部にロードセルセンサ（５６）が取り付けられてよい。ＣＭＰ研磨ツールの枠組み（１１）内の研磨パッドのモジュール（２５）は、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）自体に直接的に構造的に接続されないことが望ましい。なぜなら、それは、ｚ方向すなわち下向きの力の測定を不可能にすると考えられるからである。
【００４６】
ロードセルセンサ（５６）は、ウエハヘッド（３０）を研磨パッド（２０）にあてがう前及び後における荷重を測定してそのデータを報告し、そのデータをもとに差を決定して上記下向きすなわちｚ方向の力を決定することによって、ウエハヘッド（３０）に作用する下向きの力を決定する。この情報は、単独で、又はウエハヘッド（３０）と研磨パッド（２０）との間のＣＯＦの計算において使用することができる。ｚ方向すなわち下向きの力を決定するために使用される本発明のロードセルセンサのタイプは、特に制限されないが、ロードセルセンサは、ＣＭＰ研磨ツールの重さを支えるのに十分な耐久性であると同時にウエハヘッドが研磨パッドに当接したときにおけるｙ方向の力の変化を適度な正確さで記録するのに足る感度を有するタイプでなければならない。ロードセルの数は、特に制限されず、１つ又は２つ以上のロードセルが使用されてよい。２つ以上のロードセルが使用され、それらのセルが幾何学的なパターンで配置される場合は、研磨パッド上におけるｚ方向の力のばらつきが得られるであろう。ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）
内の研磨パッドのモジュール（２５）の底部の隅に、４つのロードセル（５６）があることが好ましい。
【００４７】
ｚ方向の力を測定するために使用される本発明のロードセルセンサ（５）は、ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）内の研磨パッドのモジュール（２５）を直接に支持するか、又はＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）内の研磨パッドのモジュールを支持する板若しくはその他の機器を支持するかしてよい。ＣＭＰ研磨ツールの枠組み（１１）内の研磨パッドのモジュールを支持するために３つ又は２つ以下のロードセル（５６）が使用される場合は、板（不図示）の使用が好ましく、この場合は、低摩擦運動支柱（不図示）を伴ってよい。ＣＭＰ研磨ツール（１０）の枠組み（１１）内の研磨パッドのモジュールを支持するために４つ又は５つ以上のロードセルが使用される場合は、それらのロードセルがモジュール（２５）の基部を直接的に支持してもよいし、又は板（５８）が使用されてもよい。
【００４８】
実施例
例１：１枚の板
研磨パッドモジュール領域の上にブリッジを有したＡＰＤ５００研磨機に、その長さに沿って１５インチ（約３８．１ｃｍ）に及ぶ２本の低摩擦レールを備え付け、それらのレールの上に、それらのレールに沿って板を自由に滑動可能にする取り付け具によって、４分の１インチ（約８６．４ｍｍ）の鋼板を横たえた。ブリッジは、ウエハヘッドの軸を通ってウエハヘッド自体まで降ろすために真ん中を開かれ、板もまた、自身の穴及びブリッジの開口に軸を通すために穴を設けられた。板の上部には、ボルトによる固い留め付けによって、ウエハヘッド支持装置が取り付けられた。板の前縁の前方には、歪みゲージロードセルセンサが取り付けられ、該ロードセルセンサは、ロードセルが板の前縁に接触する地点より下方においてブリッジの鉛直壁にボルトで留め付けられた支持取り付け具に固定された。
【００４９】
ＣＭＰ研磨ツールの枠組み内の研磨パッドのモジュールの隅の下に、４つの歪みゲージロードセルセンサが配置された。ＣＭＰ研磨ツールの枠組みのブリッジの上のロードセンサ及びＣＭＰ研磨ツールの枠組み内の研磨パッドのモジュールの下のロードセルセンサからの信号リード線は、各ロードセルセンサごとに個々の増幅器を通ってそこから継電器へ中継される。増幅器及び継電器は、ＣＭＰ研磨ツールの制御構造内にある。信号は、そこで組み合わされ、そこからラップトップパソコンのＵＳＢポートを通して出力される。ラップトップパソコンは、データをもって、信号を区別、測定、及び出力するように、そしてせん断力、下向きの力、及びＣＯＦを計算するようにプログラムされ、これらの値は、次いで、数字又はグラフの形でリアルタイムで提示される。
【００５０】
２００ｍｍのブランケット酸化物ウエハがウエハヘッドに固定され、回転が９３ＲＰＭに設定され、ウエハヘッドにかかる荷重が、ロードセルセンサからの処理済出力が３ＰＳＩ（約２０．６８ｋＰａ）を記録するように設定された。２００ｍｍのブランケット酸化物ウエハを研磨するために、酸化セリウムスラリが使用された。スラリの流量は、２００ｍｌ／分に設定された。三菱マテリアル株式会社によって製造された１００グリットダイヤモンドコンディショナディスクが備え付けられ、５．８ＰＳＩ（約３９．９９ｋＰａ）の荷重で３０ＲＰＭ及び１６掃引／分で動作された。研磨パッドは、ＲＨＥＭのＩＣ１０００  Ａ２  ｋ−ｇｒｏｏｖｅパッドであり、３ＰＳＩ（約２０．６８ｋＰａ）及び１．３７ｍ／秒で１分間にわたって研磨が行われた。せん断力及び下向きの力が、１，０００Ｈｚのサンプリング周波数でリアルタイムで測定された。下向きの力の平均は１４５ｌｂｆ（約６４５．０Ｎ）であり、せん断力の平均は６２．１ｌｂｆ（約２７６．２Ｎ）であった。ウエハと研磨パッドとの間の係数は、０．４２８であると決定された。
【００５１】
例２
ＡＰＤ  ８００  ＣＭＰ研磨ツールが使用されること、そして例１，２で説明された１枚目の板の上にボルトによってその下側の板の運動方向に垂直な方向に低摩擦レールが取り付けられることが異なる。下側の板の上のレール上には、レールの上に板を載せることを可能にする取り付け具と、ブリッジ及び下側の板の開口に対応する開口とを伴った、更なる板がセットされ、例１で下側の板の上に取り付けられたのと同じ方法で、上側の板の上にウエハヘッド支持装置が取り付けられた。ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに、歪みゲージロードセルセンサが取り付けられ、該ロードセルセンサは、ＣＭＰ研磨ツールの枠組みから最も外側の板に、その板の前進運動の方向に接触させられた。このロードセルセンサからの信号リード線は、継電器においてその他のリード線と合わされ、例１でのように増幅されコンピュータへ中継された。
【００５２】
３００ｍｍのブランケット酸化物ウエハがウエハヘッドに固定され、回転が５１ＲＰＭに設定され、荷重が１ＰＳＩ（約６．８９５ｋＰａ）に設定された。１００グリットダイヤモンドコンディショナディスクが備え付けられ、７ｌｂｆ（約３１．１４Ｎ）の荷重で９０ＲＰＭ及び１０振動／分で動作された。研磨パッドは、１０ＲＰＭで回転され、１分間にわたって研磨が行われた。下向きの力の平均は１０９ｌｂｆ（約４８４．９Ｎ）であり、せん断力の平均は６８．９ｌｂｆ（約３０６．５Ｎ）であった。ウエハと研磨パッドとの間の摩擦係数は、０．６３２であると決定された。
【００５３】
図１は、ＣＭＰ研磨ツール及びＣＭＰ基本要素の俯瞰図である。
１０は、ＣＭＰ研磨ツールの全体である。
１１は、ＣＭＰ研磨ツールの枠組みである。
１２は、ウエハヘッドである。
１４は、ウエハヘッドの支持および回転装置である。
１６は、ダイヤモンドコンディショナディスクである。
１８は、ダイヤモンドコンディショナディスクの回転および掃引装置である。
２０は、研磨パッドである。
２６は、スラリおよび水ソースである。
２８は、ＣＭＰ研磨ツールのブリッジ構造又はプラットフォーム構造である。
３２は、１枚の板を用いる実施形態の１枚の板である。
３４は、板に接触するロードセルである。
３６は、ウエハヘッドを回転させる軸を回すためのモータである。
３８は、ウエハヘッドを回転させる軸である。
４０は、ウエハヘッドを回転させる軸の軸受けケーシングである。
４２は、電力ケーブル又は信号ケーブルである。
５２は、ロードセルセンサのための支持構造である。
５４は、ロードセルセンサのための電気配線である。
図２は、ＣＭＰ研磨ツール及びＣＭＰ基本要素の側面図である。下記のものを除き、全ての符号は、該当するものは上記と同じである。
２２は、研磨パッドプラテンである。
２４は、研磨パッドの支持および回転装置である。
３０は、ウエハである。
４８は、低摩擦運動手段である。
５６は、下向きの力のためのロードセルセンサである。
図３は、１枚の板を用いる本発明の実施形態の側面描写である。全ての符号は、前述の図面と同じである。
図４は、２枚の板を用いる本発明の実施形態の側面描写である。
４４は、ＣＭＰ研磨ツールの枠組みから最も外側の板である。
４６は、ＣＭＰ研磨ツールの枠組みに最も近い板である。
５０は、低摩擦手段の取り付けのための板又は機器である。
【００５４】
本発明の効果。本発明は、ＣＭＰ研磨プロセスにおけるウエハヘッドと研磨パッドとの間のせん断力の測定と、その結果としての、ヘッドの条件及びウエハに対してどれだけ効果的にプロセスが行われているかについての多くの有用な情報を決定するために使用することができるＣＯＦの決定とについて、簡単さ、正確さ、及び精度を大幅に向上させる効果を有する。
【図１】
2010105143.tif 000003
【図２】
2010105143.tif 000004
【図３】
2010105143.tif 000005
【図４】
2010105143.tif 000006
【外国語明細書】
2010105143000001.pdf